对匹配层和压电片进行压力平衡的气体超声波换能器 |
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| 申请号 | CN201610060094.0 | 申请日 | 2016-01-28 | 公开(公告)号 | CN105478333A | 公开(公告)日 | 2016-04-13 |
| 申请人 | 浙江大学; | 发明人 | 傅新; 徐婵娜; 宋智; 王楚男; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种对匹配层和压电片进行压 力 平衡的气体 超 声波 换能器 。金属 外壳 内从下至上依次装有匹配层、压电片、金属 压板 和硬质 密封胶 层， 导线 中的两根线芯分别 焊接 在压电片的正极面和负极面边缘，导线的屏蔽层通过金属压板与金属外壳相连接；匹配层和金属外壳间装有内底面开有两个同心圆槽的塑料壳，匹配层和压电片位于塑料壳内，压电片的上端面与塑料壳内的凸台端面相 接触 ，压电片的下端面嵌入匹配层上端面中心的 定位 槽内；塑料壳圆柱面和塑料壳内的凸台沿圆周方向开有槽，且 位置 相对应。本发明通过开槽，实现了压力平衡，提高换能器的耐压及抗压力冲击能力，从而提高使用寿命，也保证换能器在压力 波动 的气体介质中仍然可以正常使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种对匹配层和压电片进行压力平衡的气体超声波换能器，包括压电片(1)、匹配层(2)、金属压板(4)、硬质密封胶层(5)、金属外壳(6)和导线(7)；金属外壳(6)内从下至上依次装有匹配层(2)、压电片(1)、金属压板(4)和硬质密封胶层(5)，导线(7)中的两根线芯分别焊接在压电片(1)的正极面和负极面边缘，导线(7)的屏蔽层通过金属压板(4)与金属外壳(6)相连接；其特征在于：匹配层(2)和金属外壳(6)间装有内底面开有两个同心圆槽的塑料壳(3)，匹配层(2)和压电片(1)位于塑料壳(3)内，压电片(1)的上端面与塑料壳(3)内的凸台端面(12)相接触，压电片(1)的下端面嵌入匹配层(2)上端面中心的定位槽内；塑料壳(3)圆柱面沿圆周方向开有槽(9)，槽(9)的深度直至塑料壳(3)两个同心圆槽的底面；塑料壳(3)内的凸台沿圆周方向开有槽(8)，槽(8)的深度直至塑料壳(3)两个同心圆槽的底面，塑料壳(3)圆柱面的槽(9)与塑料壳(3)内的凸台的槽(8)的位置相对应。 |
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| 说明书全文 | 对匹配层和压电片进行压力平衡的气体超声波换能器技术领域背景技术[0002] 气体超声波流量计由于测量准确度高、量程比宽、无压损、无可动部件、安装费用低等特点，正开始逐渐、大规模地替代传统的机械式气体流量计。在管道中，由于使用情况的原因导致气体的压力会有一定程度的波动，从而导致换能器的匹配层和压电片受到一个频繁的冲击力，使得换能器很快达到疲劳寿命，最终导致换能器失效。因此，在设计适用于气体介质的压力存在波动的气体超声波流量计的气体超声波换能器时，必须考虑对气体超声波流量计进行压力平衡。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种对匹配层和压电片进行压力平衡的气体超声波换能器，它具有耐高压，耐压力冲击等特性，适宜安装在测量气体介质的压力存在波动的气体超声波流量计中。 [0004] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：本发明包括压电片、匹配层、金属压板、硬质密封胶层、金属外壳和导线；金属外壳内从下至上依次装有匹配层、压电片、金属压板和硬质密封胶层，导线中的两根线芯分别焊接在压电片的正极面和负极面边缘，导线的屏蔽层通过金属压板与金属外壳相连接；匹配层和金属外壳间装有内底面开有两个同心圆槽的塑料壳，匹配层和压电片位于塑料壳内，压电片的上端面与塑料壳内的凸台端面相接触，压电片的下端面嵌入匹配层上端面中心的定位槽内；塑料壳圆柱面沿圆周方向开有槽，槽的深度直至塑料壳两个同心圆槽的底面；塑料壳内的凸台沿圆周方向开有槽，槽的深度直至塑料壳两个同心圆槽的底面，塑料壳圆柱面的槽与塑料壳内的凸台的槽的位置相对应。 [0005] 所述塑料壳圆柱面沿圆周方向开有槽和塑料壳内的凸台沿圆周方向开有槽，其槽数相同均为1～4个，并沿圆周方向等距分布。 [0006] 所述压电片、匹配层和塑料壳之间的空间填满软质泡沫塑料。 [0007] 本发明具有的有益效果是：通过在换能器的开槽塑料壳上开槽，对匹配层和压电片进行压力平衡，可以提高换能器的耐压及抗压力冲击能力，大大提高了换能器的使用寿命，同时也保证了换能器在压力波动的气体介质中仍然可以正常使用。 附图说明 [0008] 图1是本发明的一种结构示意图。 [0009] 图2是本发明的另一种结构示意图。 [0010] 图3是本发明的塑料壳仰视图。 [0011] 图中：1、压电片，2、匹配层，3、塑料壳，4、金属压板，5、硬质密封胶层，6、金属外壳，7、导线，8、槽，9、槽，10、软质泡沫塑料，11、导线孔12、凸台端面。 具体实施方式[0012] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。 [0013] 如图1、图2所示，本发明包括压电片1、匹配层2、金属压板4、硬质密封胶层5、金属外壳6和导线7；金属外壳6内从下至上依次装有匹配层2、压电片1、金属压板4和硬质密封胶层5，导线7中的两根线芯分别焊接在压电片1的正极面和负极面边缘，导线7的屏蔽层通过金属压板4与金属外壳6相连接，此结构可以提高换能器的信噪比。匹配层2和金属外壳6间装有内底面开有两个同心圆槽的塑料壳3，匹配层2和压电片1位于塑料壳3内，压电片1的上端面与塑料壳3内的凸台端面12相接触，压电片1的下端面嵌入匹配层2上端面中心的定位槽内；塑料壳3圆柱面沿圆周方向开有槽9，槽9的深度直至塑料壳3两个同心圆槽的底面；塑料壳3内的凸台沿圆周方向开有槽8，槽8的深度直至塑料壳3两个同心圆槽的底面，塑料壳3圆柱面的槽9与塑料壳3内的凸台的槽8的位置相对应。 [0014] 所述塑料壳3圆柱面沿圆周方向开有槽9和塑料壳3内的凸台沿圆周方向开有槽8，其槽数相同均为1～4个，并沿圆周方向等距分布。图1、图2中开互呈120°的三个槽。如图3所示，塑料壳3底面上还开有两个导线孔11。 [0015] 如图2所示，所述压电片1、匹配层2和塑料壳3之间的空间填满软质泡沫塑料10。 [0016] 压电片1为电能与机械能的转换元件，压电片1的正极端面上粘接有匹配层2，匹配层2的直径大于压电片1，且匹配层2上开有定位槽以便于压电片1与匹配层2位置对中；压电片1和匹配层2粘接后装配在开槽塑料壳3中，压电片1的负极端与开槽塑料壳3内部的环状凸台接触进行轴向定位。 [0017] 所述塑料壳3通过金属压板4进行压紧，对换能器核心部分进行固定，金属压板4的后端是硬质密封胶层5，用于保证换能器的气密性。 [0018] 本发明的工作原理：如图1所示，在压电片1的正负极端面的外边缘焊接导线，再在压电片1的正极端面上均匀涂上混合均匀的双组分胶，将压电片正极与匹配层2带有的定位凹槽对齐、压紧；待粘接压电片1与匹配层2的双组分胶固化后，在开槽塑料壳内壁前端涂上双组份胶，将压电片1与匹配层2组成的换能器核心装入开槽塑料壳3中，同时导线从塑料壳3后端的11孔中穿过，待双组份胶凝固后分别与导线7的两根线芯相连，在塑料壳3后端的小孔中注入少量液态软胶以保护细导线，待软胶固化后将上述整体装入金属外壳6的内腔中，使用金属压板4将上述部分固定；将导线7的屏蔽层焊接在金属压板4上，从金属外壳6的后端灌入液态密封胶，待液态密封胶固化后形成硬质密封胶层5。 [0019] 如图1所示，塑料壳3上开有槽，通过槽9和槽8将管段内的高压气体引入到换能器内部，使匹配层2和压电片1上下的气压一致，从而减小压电片1在管段内压力波动时所受到的冲击力。为了降低气体介质中的微量固体颗粒对换能器内部的影响，如图2所示，在塑料壳3内部填满软质泡沫塑料10，阻止固体颗粒的进入。 |
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